深圳寶清電池儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)集成設計與實現

王 科 陸志剛 陳 滿 劉 云

（1.南方電網科學研究院，廣東 廣州510080；2.南方電網調峰調頻發(fā)電公司，廣東 廣州510630；3.南京四方億能電力自動化有限公司，江蘇 南京211100）

0 引言

隨著經濟的快速發(fā)展，電網負荷快速增長，峰谷差日益擴大。隨著能源和環(huán)境問題的日益嚴重，中國乃至世界范圍內對風能、太陽能等新能源的利用進入了一個全新的發(fā)展時期。風能、太陽能等新能源大量接入電網，對電網調峰和系統(tǒng)安全帶來了一定的影響。儲能技術在電網側能削峰填谷，提高電網設備的綜合利用率；在發(fā)電側能解決新能源發(fā)電的隨機性、波動性問題，可以實現新能源發(fā)電的平滑輸出。新經濟發(fā)展下的電網對儲能裝置有著急迫的需求，研究與應用儲能技術的重要性和緊迫性日益凸現［1－3］。

1 儲能電站概況

南方電網深圳寶清電池儲能電站是國內首個正式投入運行的兆瓦級電池儲能電站。儲能電站一期建設規(guī)模為：額定容量5MW×4h，額定功率5MW；二期建設規(guī)模為：額定容量10MW×4h，額定功率10MW。工程全部投產后，將成為世界上最大的鋰電池儲能電站。

儲能電站一期工程以PCS為單位劃分為10個儲能分系統(tǒng)，每個分系統(tǒng)的額定容量500kW×4h，額定功率500kW。儲能電站以2回10kV電纜分別接入深圳電網110kV碧嶺站的2段10kV母線，其主要功能為削峰填谷。儲能電站充放電功率大小隨110kV碧嶺站主變負荷變化而波動，以實現主變負載控制目標。此外，儲能電站還將實現調峰調頻、電壓無功控制、孤網運行等功能應用。在這3種應用中，儲能電站的充放電功率均會隨系統(tǒng)需求而變化，但每個分系統(tǒng)最大充放電功率不超過600kW，最大充放電容量不超過500kW×4h。

2 儲能電站信息交互的技術特點

整個儲能電站由蓄電池、電池管理系統(tǒng)（BMS）、能量轉換系統(tǒng)（PCS）、儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)等組成。為實現儲能電站整體高級應用功能，首先需要站內各系統(tǒng)間進行有效的配合與通信。其次，儲能電站接入110kV碧嶺變電站10kV側，部分高級控制策略需要接入碧嶺站的信息。再次，儲能電站還需上送必要信息到深圳供電局調度中心與調峰調頻發(fā)電公司（儲能電站的運營單位），且兩者的側重點有所區(qū)別，其遠動方案需要分別考慮。

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)與BMS的信息交互

BMS上傳蓄電池的必要信息至儲能站監(jiān)控系統(tǒng)用以監(jiān)視蓄電池的運行狀態(tài)，信息內容包含電池單體電壓和溫度、電池組端電壓、充放電電流、荷電狀態(tài)（SOC）、模塊箱溫度、蓄電池充放電相關控制參數、告警信息等。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)與PCS的信息交互

PCS上傳告警信息、開關量、功率等信息至儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)；儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)根據系統(tǒng)高級控制策略下達運行策略信息至PCS，PCS執(zhí)行這些策略。與BMS相比，監(jiān)控系統(tǒng)與PCS通信的特點：信息點規(guī)模較小，每個PCS信息點規(guī)模在200～400個左右，其信息點規(guī)模占總體規(guī)模比重很?。坏玃CS是儲能電站高級控制策略的主要執(zhí)行機構，PCS通訊的實時性要求比BMS高。因此，為了避免BMS的海量信息影響PCS通訊的實時性和可靠性，BMS通信與PCS通信應適當進行隔離。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)與深圳供電局調度中心／調峰調頻發(fā)電公司的信息交互

儲能電站項目按無人值守模式設計，儲能電站的必要信息需上送深圳供電局調度中心／調峰調頻發(fā)電公司，同時，深圳供電局調度中心／調峰調頻發(fā)電公司可以對儲能電站進行監(jiān)視與控制，包括高級控制策略的各種參數下載、控制命令下達、模式切換、電站啟停等。

2.4 監(jiān)控系統(tǒng)與碧嶺站和電網控制系統(tǒng)的信息交互

儲能電站接入110kV碧嶺站10kV側，高級控制策略的某些應用（如負荷實時跟蹤模式的削峰填谷應用）需要獲取碧嶺站變壓器負載以及10kV出線的實時信息。這其實也是所有儲能電站需要解決的一個通用問題。首先，一般儲能電站都獨立于變電站建設；其次，儲能電站都需要采集相應接入點（接入110kV變電站）的實時信息。

3 儲能站監(jiān)控系統(tǒng)的設計和實現

根據儲能電站信息交互的特點，設計儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)架構如圖1所示。

圖1 儲能站監(jiān)控系統(tǒng)框架結構示意圖

整個監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式架構，按照信息流和功能，通信網絡分為3個部分，即監(jiān)控網、BMS采集網和PCS采集網。為保證整個系統(tǒng)的高可靠性，3個網絡都為雙網熱備用，監(jiān)控網為千兆網，其余2個采集網為百兆網。3個網絡之間互聯采用千兆連接。遠動系統(tǒng)直接從BMS采集網和PCS采集網采集向調度轉發(fā)的信息，滿足直采直送要求。

主機1、2為主備SCADA服務器兼BMS系統(tǒng)專用前置服務器兼操作員站，用于完成基本SCADA功能、BMS系統(tǒng)的信息采集及系統(tǒng)日常監(jiān)視、控制操作。高級應用服務器1、2用于實現所有高級應用功能，包括高級控制策略的計算和執(zhí)行等，同時實現PCS系統(tǒng)的信息采集和控制。

BMS系統(tǒng)通過規(guī)約轉換器接入主機。BMS系統(tǒng)與主機單獨組網，將BMS系統(tǒng)通訊與監(jiān)控主網通訊隔離開來，避免海量BMS信息通訊對監(jiān)控系統(tǒng)造成沖擊。

PCS系統(tǒng)直接接入高級應用服務器。高級應用功能在單獨的機器節(jié)點上運行，可避免高級應用功能對系統(tǒng)其他功能（如SCADA平臺功能）造成影響。

站內其他保護測控裝置以及第三方的消防及火災自動報警系統(tǒng)、電能采集裝置、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)等通過規(guī)約轉換器接入監(jiān)控主網［4－6］。

4 結語

南方電網深圳寶清電池儲能電站于2011年1月成功并網，標志著中國大容量電池儲能集成應用技術取得重大技術突破。儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)實現了與電池管理系統(tǒng)、能量轉換系統(tǒng)、深圳供電局調度中心、調峰調頻發(fā)電公司、110kV碧嶺站以及電網控制系統(tǒng)的高效可靠的信息交互。根據信息交互的特點，儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)采用了多采集網、分層分布的架構，設計了合理的信息流分布，使用多種信息采集方式來滿足不同種類信息的實時性要求。經現場長期運行驗證，儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)設計合理、運行穩(wěn)定，能夠為儲能站高級控制策略的實現提供功能完備、性能可靠的平臺支撐。

［1］董曉文，何維國，蔣心澤，等.電力電池儲能系統(tǒng)應用與展望［J］.供用電，2011（1）

［2］李戰(zhàn)鷹，賈旭東，陸志剛.大容量電池儲能系統(tǒng)實時數字仿真測試技術研究［J］.南方電網技術，2011（2）

［3］嚴俊，趙立飛.儲能技術在分布式發(fā)電中的應用［J］.安徽電力，2006（3）

［4］錢玉春，袁敬中，趙琳，等.唐山郭家屯220kV數字化變電站建設及應用［J］.電力系統(tǒng)自動化，2009（24）

［5］劉俊勇，沈曉東，田立峰，等.智能電網下可視化技術的展望［J］.電力自動化設備，2010（1）

［6］劉志超，丁建民，任錦興，等.基于以太網的分布式發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)實現［J］.電力系統(tǒng)自動化，2004（8）